大型深基坑施工技术及特殊情况的应急处理

孙小荫

(扬州市扬子江置业有限责任公司，江苏扬州 225000)

1 工程概况

扬子·商城国际C-1楼工程位于扬州市江阳中路与维扬路交界处西北侧，建筑物地上21层，地下2层。地下室呈“L”形状，东西最长约为250 m，南北最长约为180 m，基坑面积约26 000 m2，埋深10.85 m～12.05 m。基坑东临城市主干道，“L”形西、南侧与扬州商城(浅基础，4层)相邻，西侧为花园国际大酒店(筏板基础，13层)，北侧为居民住宅楼小区。

2 地质条件

1)开挖深度影响范围内岩土层分布如下:①层:杂填土，厚度0.40m ～1.80m，平均1.00m，层底标高5.00m ～6.35m。②层:粉土，厚度3.20 m ～5.20 m，平均4.18m，层底标高0.60 m ～2.47 m。③层:粉砂夹粉土，厚度13.30 m ～20.10 m，平均17.37 m，层底标高 －18.10 m～ －12.70 m。④层:粉砂夹粉质粘土，厚度2.00 m～7.50 m，平均4.79 m，层底标高 －22.55 m ～ －19.53 m。⑤层:粉砂夹粉土，厚度 9.80 m ～17.80 m，平均 13.40 m，层底标高－40.04 m～－29.33 m。2)地下水情况:地下水常年变化幅度为自然地面以下1 m～2 m;地下水类型属潜水，第②层，第④层渗透系数为2.1 ×10－4cm/s及 6.4 ×10－4cm/s，③层，⑤层，⑥层为强透水层，⑧层为隔水层。

3 基坑施工难点分析

1)基坑最大开挖深度大于12.05 m(电梯部位深度14.2 m)，且扬州当地缺少同类工程作参考。2)工期紧(工期9个月，含工程桩施工)。3)基坑周围环境复杂，四周距离构筑物较近(距扬州商城北侧仅6m)，对基坑支护结构的沉降与变形敏感度较大。4)地下水量丰富，排水难度较大。5)土方开挖层含砂层，易造成流砂或管涌现象。6)工程场地狭小，土方开挖量大，由于只能晚间运输，运土难度大。7)施工期间要保证原扬州商城正常营业。

4 基坑支护方案实施

4.1 基坑支护体系

1)基坑ABCDE段采用φ800mm钻孔桩加2层混凝土支撑支护结构形式(常规做法应设3层混凝土支撑，为降低造价，将1层支撑梁顶标高下沉至－3.8 m，可只设2层)，基坑EFGA段采用钻孔桩加1层混凝土支撑支护结构形式(常规做法应设2层混凝土支撑，为降低造价，将 1层支撑梁顶标高下沉至－3.8 m，只设1层)(见图1)，基坑周边采用φ850 mm三轴深搅桩为止水帷幕，钻孔桩顶以上部分AB段采用双轴深搅桩重力式挡墙支护形式，其他段采用放坡，外侧700 mm双轴深搅桩止水(见图2)。2)基坑内采用管井疏排地下潜水，采用减压管井控制性降低地下水承压性。坑内共设置49口深24 m的管井，14口深20 m的管井，选用φ360/300 mm水泥井管，降水井井体分布于②层粉质土及③层粉砂夹粉土中，全为透水层，根据土方开挖要求按需进行降水，降水效果很好，满足了施工要求。

图1 基坑平面图

图2 支护结构剖面图

4.2 支护结构施工

1)基坑支护结构施工总流程。平整场地→测量放线→搅拌桩施工→钻孔桩、立柱桩施工→施工管井→土方开挖，施工圈梁和第1层支撑→圈梁及第1层支撑达到设计要求的强度后，基坑土方分层分块开挖，施工第2层围檩和第2层支撑→第2层围檩和第2层支撑达到设计要求的强度后，基坑分层分块开挖到坑底→施工地下室底板，底板混凝土浇筑至支护桩边→底板混凝土达到设计强度后，拆除第2层支撑→地下室结构施工至－2层顶板，并与该处设置换撑块→换撑块混凝土达到设计强度后，拆除第1层支撑。

2)基坑止水桩的施工。a.三轴水泥土搅拌桩直径为850 mm，轴距为600 mm，长度分别为16.7 m和20.7 m;采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为1.2，大幅水泥掺入比为22%，小幅掺入比为20%。施工顺序见图3。b.双轴水泥搅拌桩直径为700 mm，双排搭接200 mm，以8 m桩长为主，水泥掺量分别为15%，水灰比为0.55。

3)基坑围护桩的施工。本工程围护桩采用泥浆护壁成孔灌注桩，桩径800mm，邻近商城一侧的桩长度分别为18.95m和18.25 m，其余部位桩长为17.95 m和17.25 m，采用间隔钻孔施工。

图3 三轴深搅桩施工顺序

4)支撑、圈梁及围檩的施工应按设计和规范要求进行施工，以下措施要到位。a.施工圈梁时，凿出浮浆后的桩顶混凝土强度应满足设计要求，桩顶嵌入圈梁50 mm，主筋锚入圈梁750 mm，保证圈梁与支护桩连接牢固;b.钢筋混凝土支撑与圈梁、围檩应同时浇筑，混凝土支撑浇筑时不得设缝，支撑可随土方开挖进度分段施工，但一个区段内的支撑应形成整体;c.2层钢筋混凝土围檩与支护桩接触部位的施工要确保钢筋混凝土围檩的位置、尺寸准确，与支护桩的连接符合设计要求。

5)土方开挖。a.土方开挖要求和顺序。在开挖过程中应充分考虑时空效应规律，遵循分区、分块、对称、平衡的原则，减少基坑开挖期间无支撑暴露时间;根据现场实际情况，将整个基坑土方分为3大层开挖，每层分4个作业区进行开挖(见图1)，每层挖土深度小于1.5 m，第1层土从地面开挖到第1层支撑梁梁底，施工第1层支撑梁，待支撑梁施工完成强度达到要求后开挖第2层土方，第2层开挖到第2层支撑梁的梁底，施工第2层支撑梁，待支撑梁施工完成达到设计强度要求后开挖第3层土方至坑底标高，任何部位基底的20 mm土方均为人工开挖。b.土方开挖的方法。1层和2层支撑梁梁底以上的土方采用挖机开挖，分段施工，施工时应做好挖机停置和汽车通道涉及的支撑梁部位采取保护工作，2层支撑梁梁底至基坑底的土方开挖由于作业面高度只有3 m左右，坑内有1 420根工程桩，直接采用机械开挖困难并且工效很低，考虑该层土质主要为粉砂夹粉土，且现场4区出土区域具备筑土堰设置排泥场的条件，利用收集的降水管井抽出的水源，采用水力冲挖的施工工艺，施工非常顺利。c.水力冲挖土方施工。水力冲土主要是利用高压水枪喷出的一股高速水柱对土体进行切割、粉碎，使土体崩解、湿化形成泥浆，由泥浆泵通过输泥浆管吸送到排泥场，通过坑内的降水设施，将泥浆中的水体快速抽走，使土体快速固结，然后用挖掘机装车将土运走。施工前先做好排泥场和蓄水池等准备工作，本工程排泥场做法是:在4区的第1层支撑梁顶面沿基坑横向先施工一T字形的围堰，将排泥场分隔为两个互相独立的小排泥场，堰体采用高度为1 m，宽度分别为5 m，4 m，3 m和2 m的专用袋体吹填堆叠而成，在围堰的两侧布置1层不透水的塑料薄膜，防止水的水平方向渗漏。水力冲土采用分层施工，厚度控制在0.8 m～1.0 m之间，保持土体的稳定，施工时不能冲刷支护桩的桩间土，施工过程要加强基坑的监测，确保基坑安全。

5 基坑围护施工问题的处理

在扬子·商城国际C-1幢基坑支护工程施工过程中出现了一些问题，问题处理措施如下。

5.1 三轴水泥土搅拌桩施工问题的处理

1)三轴搅拌桩采用单排套打方法，试桩施工中，桩机在搅钻至▽－16.0(相对高程，设计桩底高程▽－24.5)，开始发生钻进困难，动力监测发现驱动动力电流量明显上升，直至▽－18.0左右发生抱钻现象，施工立即提钻、复搅、喷浆，经复搅后，桩长有所增加，但仍不能达到设计要求，如此反复3次～4次，勉强达到设计高程。此时我们考虑地层土质的影响，首先进行不同水泥掺入比试验并在水泥浆中适量掺入膨润土(3%)润滑，确定了最佳水泥掺量和水灰比，同时对桩机搅拌头的夹角也进行了调整，解决了影响施工的难题。2)搅拌桩桩机在成孔过程中，多次出现机械故障造成施工中断的情况，短时间停机恢复施工时，采取将钻机下钻至断浆点下大于1 m的位置再喷浆提升并放慢搅拌速度保证搭接质量。对于停机时间较长的情况，采取先拆卸输浆管路进行清洗，防止浆液凝结堵管。3)施工过程中，多次出现喷浆管堵塞的情况，此时及时停泵进行处理，处理结束后将搅拌钻具上提或下沉1.0 m进行重复注浆，然后再恢复搅拌作业，防止发生断桩。4)施工冷缝处理，由于各种原因，在三搅桩施工过程中，发生的冷缝数量有20多道，每当施工中出现冷缝时，现场都及时做好记录，确定位置坐标，按设计要求，我们采用了高压旋喷桩工艺，对冷缝进行了处理，即在三搅止水桩的每道冷缝外侧做三根φ600@500的高压旋喷桩形成墙体，与三搅止水体有效连接，确保该部位冷缝能补齐不渗水。

5.2 钢筋混凝土灌注桩施工问题的处理

1)坍孔，由于钻头上下移动、泥浆稠度不够、钻杆偏位等都有可能引起坍孔现象。所以施工时要使用优质泥浆，提高泥浆比重和粘度，如坍孔严重要立即停机，将钻杆提起一段，循循搅动泥浆，将坍孔部位补平后，继续钻孔;2)钻机偏移，由于机身不稳，钻机旋转位置地基松软等引起的钻机偏移，发现后要及时停机，校正钻机及钻杆;3)由于钻机或钻杆偏移原因，土方开挖后发现有少量桩与桩之间间距有偏差，对间距偏大部位用细石混凝土灌实。

5.3 遇到钻探孔涌水且涌水量较大的处理

在开挖至相对高程▽－10.0 m(绝对高程▽－2.4 m)左右时，出现一处地下孔洞冒水，水量较大，在经查阅地质勘察报告后，认定是一个钻探完成后未能有效封堵的钻探孔，该钻探孔底绝对高程▽－40.04 m，在钻孔时打穿了位于绝对高程▽－18.10 m～▽－22.55 m的以粉质粘土为主要成分的不透水层，造成⑤层土以下的承压水顺该孔冒出，单孔流量约20 m3/h。由于涌水量大，刚开始采用强行压土，注浆封堵的方法未能实施，我们及时采用了疏导引流的方法。即在涌水孔位置设置管井，管井底大致位于不透水层底部，用于抽排承压水达到降水效果，不影响建筑物施工。本案管井为φ377钢管井，井底高程为▽－20.8(绝对高程)，配置20 m3/h的潜水泵成功排出该部位渗水。

5.4 局部三轴深搅桩墙体渗漏问题的处理

土方开挖过程中，发现三轴深搅桩墙体由于地下障碍物等引起的水泥土搅拌不匀，局部发生渗漏，这是因为地表浅层障碍物随钻下沉所致，对此我们采用了两种方法补漏。

1)引流管:在两根混凝土支护桩间的漏水部位用棉絮填塞密实，插引流管，在引流管周围用速凝防水水泥砂浆封堵，待水泥砂浆达到强度后，再将引流管封堵。2)对渗漏部位采用横向打孔，压密注浆的方法进行封堵;对渗水较重的情况参照冷缝处理的方案，即在漏水处围护桩外侧补旋喷桩，进行处理。

6 支撑拆除

支撑拆除前严格按安全、高效、不扰民、确保工期的要求编制拆撑施工方案，基坑2层支撑梁在底板(换撑块)混凝土达到设计强度后，开始进行拆除施工，采用的是成本较低的镐头机拆除工艺，1层支撑梁拆除由于地下室顶板结构不允许镐头机进行作业，改用了较为环保的金刚石绳锯切割机加人工拆除的工艺，进行支撑梁拆除作业，每层支撑的拆除顺序分4个施工段进行满足地下室结构的施工要求。

7 基坑监测

7.1 基坑工程主要监测的内容和测点布置

1)围护结构桩顶水平位移监测，沿圈梁顶每隔15.0 m～20.0 m左右布设1个水平位移监测点，共计布设42个水平位移监测点。2)围护结构桩体深层水平位移监测(测斜)，布设19个深层位移监测孔(测斜管埋设在桩体中)，测斜管长度为13m～18m。3)基坑周边道路沉降监测，沿临近基坑范围道路每隔15.0 m～20.0 m布设1个道路沉降变形观测点，共布设22个道路沉降变形观测点。4)基坑周边建筑物沉降监测，在基坑周围每栋建筑物上各布置14个～19个沉降变形监测点，共布设33个建筑物沉降变形观测点。5)支撑轴力监测，在钢筋混凝土支撑梁上选择30个支撑断面，在其支撑断面的受力主筋上、下各焊接、安装2支钢筋应力计(即1个断面布设4支钢筋应力计)，共计120支钢筋应力计;对支撑轴力的变化进行监测，及时掌握支撑轴力随施工工况变化的情况。6)立柱桩沉/隆监测，布设55个立柱沉/隆观测点。7)地下水位监测，在基坑四周共布设19个地下水位监测孔。

7.2 监测频率及周期

1)在基坑降水及开挖期间，基本做到一日一测，地下结构施工期间，在未出现异常现象的情况下，每两天进行一次。

2)监测周期从基坑土方开挖到完成地下室侧壁回填的全过程。

7.3 监测结果

通过对各项监测数据的分析，周边建筑物在整个地下室施工期间的差异沉降量未达到报警值，建筑物处于安全状态;支护结构在运行过程中，未出现影响施工的漏水现象，对周边道路、构筑物未产生不利的影响，基坑周边的道路未发生明显的裂缝，达到了预定的设计效果。

8 结语

目前，扬子·商城国际C-1楼工程基坑支护施工已全部完成，由于各参建单位对基坑施工的高度重视并提前制定详细的设计施工对策，对施工方案和应急预案能够进行严格的逐层交底，对工程实施进展中遇到的问题及时召开专题会进行解决，工程施工顺利，得到了扬州建筑行业相关专家的认可，为扬州市区的大型深基坑工程的施工提供了示范，取得良好的效果。